基于小波变换的电力系统谐波电能计量

2011-03-14 00:22刘峰

黑龙江电力 2011年2期

刘峰

(沈阳工程学院，辽宁沈阳110136)

随着电力电子技术在各工业部门和用电设备的广泛使用，现代工业生产设备中使用的交直流换流设备、电弧炉、感应炉以及家用的照明和加热设备，都会产生大量的谐波电流而注入电网，使电网的电压和电流波形发生畸变，从而影响电能计量装置中电能表、电流互感器、电压互感器计量准确性，对电网的安全、经济运行造成了严重的危害。因此有必要定量地确定谐波源向电网输送的各次谐波能量，从而为制定相应措施治理谐波。

1 谐波对电能计量装置的影响

1.1 谐波对电能表计量的影响

电能计量表有感应式和电子式两种。根据关口计量侧实际存在的谐波含量，模拟试验后可得出感应表、电子表的试验特性。

电子式电能表基于时分割原理来设计，使其随频率的变化误差较小，其近似模型为PH。P*为全能量，电子式电能表由于具有较宽的频率响应，对基波电能和谐波电能都能较准确计量，因此有效地记录了负载的瞬时功率，亦即记录瞬间消耗的所有有功电能，但由于其将谐波功率和基波功率同等对待，计量误差将会增大。电子式电能表有较高的采样频率，若不采取特殊措施，其计量结果将为基波电能与谐波电能的代数和。当谐波功率与基波功率方向相同时，计量结果为基波电能加上谐波电能。而当谐波功率与基波功率方向相反时，计量结果为基波电能减去谐波电能。由此可知，理论上电子式电能表计量值约等于基波电能与各谐波电能矢量之和;而感应式电能表所计量的电能值是基波电能与各次谐波电能的“部分”矢量之和(考虑谐波电能系数)，比电子式电能表更接近基波电能。所以在谐波量较小的情况下，上述误差可以忽略不计，当谐波功率较大并考虑谐波方向时，这两种表在具体计量时会存在不同程度的误差。

1.2 谐波对电网关口计量装置总体影响

电能计量装置中电压互感器、电流互感器的误差特性直接影响整个电能计量装置的综合误差。当系统中存在谐波时，二次侧输出波形不能严格和一次侧输入波形符合，使得输入关口电能表的电压、电流波形失真，导致电能表计量失真，从而导致电能计量装置的综合误差偏移。同理，当电网存在高次谐波时，对电能表计量的准确性有影响，谐波含量愈高电能表计量误差愈大，从而使电能计量装置的综合误差偏大。

目前使用的多功能电能表无功计量是基波无功的计量，对谐波部分没有考虑，因为现在还没有标准，因为有功部分是全波电量，而无功部分是基波无功电量，所以有谐波带来的误差。此外，零序功率对三相三线电能表也会产生影响，当电能表接成三相三线时，由于零序电流不能流通，因此其计量的谐波功率与三相四线表有所不同，由于计量结果不受三次谐波功率的影响，理论上可以减小谐波对电能计量结果的影响，但仅限于平衡负荷的情况。

2 基于小波变换理论的谐波电能计量方法

近年来，小波变换作为电力系统谐波的热门分析方法，由于它具有时域和频域局部化的特点，克服了传统的傅立叶变换和短时傅立叶变换方法的缺点，特别适合突变信号和非平稳信号的分析，因而在电力系统谐波计量中将会得到广泛的应用。

2.1 谐波电能计量方法构成

谐波电能计量的原理框图如图1、图2所示，图中u (n)为电压信号;i(n)为输入的电流信号;u'(n)为经过Hilbert变换(90°移相)后的电压信号;u0(n)，…uhi(n)，为提取的各次谐波电压信号;i0(n)，…ih(n)为提取的各次谐波电流信号;u0'(n)，…uh'(n)为提取的经过Hilbert变换的各次谐波电压信号。